Hybridizace a polyploidie jako příčiny komplexní evoluce rodu Dactylorhiza

• Název práce v češtině: Hybridizace a polyploidie jako příčiny komplexní evoluce rodu Dactylorhiza
• Název v anglickém jazyce: Hybridization and polyploidy as drivers of complex evolution in the genus Dactylorhiza
• Akademický rok vypsání: 2025/2026
• Typ práce: disertační práce
• Jazyk práce: čeština
• Ústav: Katedra botaniky (31-120)
• Vedoucí / školitel: Mgr. Tomáš Urfus, Ph.D.
• Forma studia: prezenční

Předběžná náplň práce

Hybridizace, respektive alopolyploidizace je zásadním a často studovaným jevem, avšak obvykle chybí její přímá evidence. Rod Dactylorhiza patří k taxonomicky nejkomplikovanějším skupinám právě v důsledku alopolyploidní evoluce, a představuje tak ideální modelovou skupinu. Základní druhy D. incarnata a D. fuchsii/maculata jsou zdrojem vzniku mnoha alopolyploidů. Tyto hybridogenní linie vznikaly opakovaně v separovaných událostech a dnes jsou obvykle klasifikovány jako samostatné druhy (např. nejrozšířenější D. majalis). Disertační práce proto umožní kombinací in vitro kultivace protokormů a průtokové cytometrie kvantitativní studium této problematiky již na úrovni potomstva, resp. přímo protokormů. Hlavní experiment bude spočívat v experimentální hybridizaci základních druhů mezi sebou a také s jejich alopolyploidními deriváty. Ex situ experiment bude srovnáván s potomstvem z přírodních populací. Složení potomstva bude dále stanoveno analýzou ploidie in vitro pěstovaných protokormů. Doplňkovými metodami bude barvení semen, které bude použito k určení podílu životaschopných semen, a geometrická morfometrika, která bude sloužit k odlišení příbuzných taxonů na základě morfologie.

Následující pracovní okruhy současně odpovídají zamýšleným manuskriptům:
1. Hybridizace Dactylorhiza incarnata a D. fuchsii/maculata agg. jako základní kámen hybridní evoluce rodu
- analýza potomstva z volného sprášení in situ (in vitro kultivace a FCM), experimentální hybridizace ex situ (in vitro kultivace a FCM)
2. Interploidní genový tok v rámci D. fuchsii
- genový tok mezi diploidy a tetraploidy v kontaktní zóně in situ (in vitro kultivace a FCM), opylovací experiment ex situ (in vitro kultivace a FCM)
3. Eroze genetické integrity českého endemita D. bohemica skrze extenzivní hybridizaci
- frekvence primární a zpětné hybridizace in situ a ex situ (in vitro kultivace a FCM), morfologické projevy hybridizace (geometrická morfometrika)

Kombinace uvedených metod umožňuje přímý náhled na alopolyploidní evoluci rodu. Jde o dosud neužívanou metodiku, jejíž výsledky navíc mohou potvrdit nebo reinterpretovat některé rozporuplné závěry recentních fylogenezí.

Předběžná náplň práce v anglickém jazyce

Hybridization, or allopolyploidization, is a fundamental and often studied phenomenon, but direct evidence of it is usually lacking. The genus Dactylorhiza is one of the most taxonomically complex groups due to allopolyploid evolution and thus represents an ideal model group. The basic species D. incarnata and D. fuchsii/maculata are the essential source of many allopolyploids. These hybridogenous lineages have arisen repeatedly in separate events and are nowadays usually classified as separate species (e.g., the most widespread D. majalis). Therefore, this Ph.D. theses will combine the methods of in vitro culture of protocorms and flow cytometry to allow a quantitative study of this objective already at the level of progeny or protocorms directly. The main experiment will consist in experimental hybridization of the basic species and with their allopolyploid derivatives. The ex situ experiment will be compared with progeny from natural populations. The composition of the progeny will be further determined by analyzing the ploidy of in vitro grown protocorms. Additional methods will be seed staining, which will be used to determine the proportion of viable seeds, and geometric morphometrics, which will be used to distinguish related taxa based on morphology.

The following work streams correspond to the intended manuscripts:
1. Hybridization of Dactylorhiza incarnata and D. fuchsii/maculata agg. as a cornerstone of hybrid evolution of the genus
- analysis of progeny from open pollination in situ (in vitro culture and FCM), experimental hybridization ex situ (in vitro culture and FCM)
2. Interploid gene flow within D. fuchsii
- gene flow between diploids and tetraploids in the contact zone in situ (in vitro cultivation and FCM), ex situ pollination experiment (in vitro cultivation and FCM)
3. Erosion of genetic integrity of the Czech endemic D. bohemica through extensive hybridization
- frequency of primary hybrids and backcrossing in situ and ex situ (in vitro culture and FCM), morphological manifestations of hybridization (geometric morphometrics)

The combination of the above-mentioned methods allows a direct insight into the allopolyploid evolution of the genus. It is an hitherto unused methodology, the results of which may also confirm or reinterpret some contradictory conclusions of recent phylogenies.